KR101567900B1 - 광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법 - Google Patents

광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법에 관한 것으로서, 평평한 형상으로 형성되고, 제 1 길이를 갖는 제 1 투광 부재; 상기 제 1 투광 부재의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이 보다 짧은 제 2 길이를 갖는 광변환 물질; 및 상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 제 2 투광 부재;를 포함할 수 있다.

Description

광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법{Light-converting chip, method for manufacturing of the light-converting chip, light emitting device package, light emitting device package strip and method for manufacturing light emitting device package}
본 발명은 광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장한 후, 패키징할 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화 하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
한편, 종래의 발광 소자 패키지는 발광 소자를 반사컵부가 형성된 기판 상에 실장하고, 반사컵부에 형광체 또는 양자점과 같은 광변환 물질을 디스펜싱, 도팅, 도포 등과 같은 방법으로 설치하는 것으로서, 이러한 경우, 광변환 물질이 발광 소자에서 발생되는 고온의 열에 의해서 열적 데미지를 입거나, 외부의 습기나 이물질의 침투 등으로 인하여 광학적 특성이 변형되어 내구성이 크게 떨어지는 등 많은 문제점이 있었다.
또한, 종래의 광변환 물질을 반사컵부에 충전하는 과정에서 작업 시간 및 작업 비용이 크게 증대되고, 도포되는 광변환 물질의 두께 편차가 심하게 발생되어 발생되는 빛의 광축이 틀어지거나, 광균일도가 크게 떨어지는 등 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 리모트 타입으로 발광 소자와 이격되거나 별개의 부품으로 대량 생산 및 조립될 수 있는 광변환 칩을 이용하여 열, 습기, 산화, 이물질 등에 민감한 광변환 물질을 보호할 수 있고, 이로 인하여 제품의 내구성을 크게 증대시키며, 제품의 제작 시간이나 제작 비용을 줄일 수 있고, 광변환 물질의 두께 균일도 및 광균일도를 향상시켜서 고성능, 고품질의 제품을 생산할 수 있게 하는 광변환 칩과, 광변환 칩의 제조 방법과, 발광 소자 패키지와, 발광 소자 패키지 스트립 및 발광 소자 패키지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 광변환 칩은, 평평한 형상으로 형성되고, 제 1 길이를 갖는 제 1 투광 부재; 상기 제 1 투광 부재의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이 보다 짧은 제 2 길이를 갖는 광변환 물질; 및 상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 제 2 투광 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 투광 부재는 글라스 재질이고, 상기 제 2 투광 부재는 글라스 코팅 재질이며, 상기 광변환 물질은 형광체 또는 양자점을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 투광 부재 또는 상기 제 2 투광 부재의 외표면에 프레넬 오목 렌즈면 또는 프레넬 볼록 렌즈면이 형성되는 것일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 광변환 칩의 제조 방법은, 평평한 형상으로 형성되는 제 1 투광 부재 시트를 준비하는 제 1 투광 부재 시트 준비 단계; 상기 제 1 투광 부재 시트의 상면에 일정한 간격으로 광변환 물질을 형성하는 광변환 물질 형성 단계; 상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재 시트의 상면 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 제 2 투광 부재를 코팅하는 제 2 투광 부재 코팅 단계; 및 상기 광변환 물질과 이웃하는 광변환 물질 사이에 형성된 절단선을 따라 풀 소윙(full sawing)하여 상기 제 1 투광 부재 시트 및 상기 제 2 투광 부재를 개별 칩 단위로 절단하는 개별 칩 절단 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광변환 물질 형성 단계는, 상기 제 1 투광 부재 시트의 상면에 상기 광변환 물질을 도포하는 단계; 및 상기 광변환 물질과 이웃하는 광변환 물질이 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 상기 광변환 물질을 하프 소윙(half sawing)하는 부분 절단 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판에 실장되는 발광 소자; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사시킬 수 있도록 상기 기판에 형성되고, 상부에 수용홈부가 형성되는 반사 부재; 및 상기 수용홈부에 수용되어 접착제로 고정되고, 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환할 수 있는 광변환 칩;을 포함하고, 상기 광변환 칩은, 평평한 형상으로 형성되고, 제 1 길이를 갖는 제 1 투광 부재; 상기 제 1 투광 부재의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이 보다 짧은 제 2 길이를 갖는 광변환 물질; 및 상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 제 2 투광 부재;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판에 실장되는 발광 소자; 상기 발광 소자의 상면에 설치되어 상기 발광 소자에서 발생된 빛의 파장을 변환하는 광변환 칩; 상기 광변환 칩의 상면에 형성되는 프레넬 오목 렌즈면 또는 프레넬 볼록 렌즈면을 포함하는 광학계; 및 상기 발광 소자의 측면 및 상기 광변환 칩의 측면을 둘러싸도록 형성되고, 외측면에는 절단면이 형성되는 반사 부재;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지 스트립은, 기판 스트립; 상기 기판 스트립에 실장되는 복수 개의 발광 소자; 복수 개의 상기 발광 소자의 상면에 설치되어 상기 발광 소자에서 발생된 빛의 파장을 변환하는 광변환 칩; 상기 광변환 칩에 형성되어 에 의해 광변환된 빛의 방향을 제어할 수 있는 광학계; 및 상기 발광 소자의 측면 및 상기 광변환 칩의 측면을 둘러싸도록 형성되는 반사 부재;를 포함하고, 상기 광변환 칩은, 평평한 형상으로 형성되고, 제 1 길이를 갖는 제 1 투광 부재; 상기 제 1 투광 부재의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이 보다 짧은 제 2 길이를 갖는 광변환 물질; 및 상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 제 2 투광 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 소자 패키지 스트립은, 상기 기판 스트립과 결합되어 분리가 가능하도록, 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되는 투광성 글라스를 포함하는 지지부재;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지의 제조 방법은, 기판 스트립을 준비하는 기판 스트립 준비 단계; 상기 기판 스트립에 복수 개의 발광 소자를 실장하는 발광 소자 실장 단계; 복수 개의 상기 발광 소자의 상면에 광학계가 설치된 광변환 칩을 접착제로 접착하는 광변환 칩 접착 단계; 상기 발광 소자의 측면 및 상기 광변환 칩의 측면을 둘러싸도록 반사 부재를 상기 기판 스트립에 형성하는 반사 부재 형성 단계; 및 상기 기판 스트립 및 상기 반사 부재를 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션하는 패키지 싱귤레이션 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판 스트립 준비 단계에서, 상기 기판 스트립은 투광성 글라스에 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되고, 상기 패키지 싱귤레이션 단계에서, 상기 유브이 접착제에 UV광을 조사하여 상기 기판 스트립 및 상기 반사 부재를 단위 패키지로 싱귤레이션하는 것일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 발광 소자 패키지 제조 시 제조 방법에 따라 변형되기 쉬운 기판 스트립을 변형으로부터 보호할 수 있으며, 불량률을 감소시키고, 공정 시간 및 공정비용을 크게 절감하여 제품의 단가를 낮추어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 광변환 칩을 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 도 1의 광변환 칩의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 광변환 칩을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 광변환 칩을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 광변환 칩을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 14 내지 도 19는 도 13의 발광 소자 패키지의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
웨이퍼레벨 패키지(Wafer Level Packaging, WLP), 세라믹 적층 패키지, Multi-chip 패키지, 금속 패키지, COB(Chip on Board) 외에도 고출력 패키지로 각광받는 차세대 광원이 있다. 이는 칩스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)로 기존 발광 소자 패키지와 비교하여 소형이며, 높은 밀도 형성이 가능하여 비용을 낮출 수 있고, 간단한 공정과 열저항 능력 및 색상의 균일도가 높은 장점을 가지고 있다.
칩스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)는 칩스케일 단위의 발광 소자 패키지를 형성하는 기술로, 기판 스트립에 다량의 발광 소자를 실장하고 형광체를 일괄 도포한 후 싱귤레이션하여 패키지를 구성하는 특징을 가진다.
따라서, 칩스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)의 크기는 발광 소자와 거의 유사하거나 조금 더 큰 크기를 가진다. 이러한 패키지는 추가적인 서브 마운트 또는 기판이 필요하지 않으며, 직접적으로 보드에 연결될 수 있다.
또한, 칩스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)는 PN접합을 가지는 표면 실장형 디바이스(SMD, Surface Mount Devices)로써, 단순한 본딩 패드 공간을 가져 추가적인 복잡한 공정 없이 표준 테스트(standard testing)가 가능하다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 전술된 칩스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)로 후술될 발광 소자 패키지 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩(100)을 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 광변환 칩(100)을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩(100)은, 크게 제 1 투광 부재(11)와, 광변환 물질(13) 및 제 2 투광 부재(12)를 포함할 수 있다.
예컨데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투광 부재(11)는, 평평한 사각판 형상으로 형성되고, 제 1 길이(L1)를 갖는 투광성 재질의 구조체일 수 있다.
또한, 예컨데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 물질(13)은, 상기 제 1 투광 부재(11)의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이(L1) 보다 짧은 제 2 길이(L2)를 갖는 물질일 수 있다.
또한, 예컨데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투광 부재(12)는, 상기 광변환 물질(13)이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재(11)의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질(13)의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 투광성 재질의 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투광 부재(11)는 글라스 재질이고, 상기 제 2 투광 부재(12)는 글라스 코팅 재질이며, 상기 광변환 물질(13)은 형광체 또는 양자점을 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 투광 부재(11) 및 상기 제 2 투광 부재(12)를 이루는 상기 글라스는 굴절률이 1.45 내지 1.96일 수 있다. 여기에 굴절률을 크게 하기 위하여 납이나 바륩을 가할 수 있고, 작게 하기 위해서는 철을 가할 수 있다.
이외에도, 상기 제 1 투광 부재(11) 및 상기 제 2 투광 부재(12)는, 적어도 유리, 아크릴, 에폭시 수지는 물론, EMC, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등을 선택하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 상기 제 1 투광 부재(11) 및 상기 제 2 투광 부재(12)는, 폴리카보네이트 계열, 폴리술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨 계열, 폴리에스테르 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 투광성 수지 계열의 재질이 적용될 수 있다.
또한, 광분산성을 높이기 위하여 상기 제 1 투광 부재(11) 및 상기 제 2 투광 부재(12)의 표면이나 내부에 미세 패턴이나 미세 돌기나 확산막등을 형성하거나, 미세 기포를 형성하는 등 다양한 방법으로 산란 패턴이나 산란 부재 등이 설치될 수 있다.
따라서, 상기 광변환 물질(13)은 상술된 상기 제 1 투광 부재(11)과 상기 제 2 투광 부재(12)에 의해 밀봉될 수 있고, 이로 인하여 상기 광변환 물질(13)을 외부의 열전도, 습기, 이물질 등으로부터 견고하게 보호하여 제품의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 7은 도 1의 광변환 칩(100)의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 도 1의 광변환 칩(100)의 제조 과정을 설명하면, 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 평평한 형상으로 형성되는 글라스 재질의 제 1 투광 부재 시트(11-S)를 준비할 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S)의 상면에 상기 광변환 물질(13)을 일정한 두께로 전면 도포할 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 물질(13)과 이웃하는 광변환 물질(13)이 일정한 간격(S)으로 이격될 수 있도록 상기 광변환 물질을 블레이드(B)를 이용하여 가로 방향 및 세로 방향로 하프 소윙(half sawing)할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 물질(13)이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S)의 상면 및 상기 광변환 물질(13)의 상면을 둘러싸는 글라스 코팅 재질의 제 2 투광 부재(12)를 코팅할 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 물질(13)과 이웃하는 광변환 물질(13) 사이에 형성된 절단선(CL)을 따라 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S) 및 상기 제 2 투광 부재(12)를 개별 칩 단위로 절단할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩(100)은 도면에 국한되지 않고 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 광변환 칩(200)을 나타내는 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 광변환 칩(200)은 도시하지 않았지만, 렌즈의 바닥면에 형성된 개구에 조립되어 에폭시 등의 접착제에 의해 고정될 수 있도록 원판 형상일 수 있다.
이외에도, 상기 광변환 칩(200)은 다각편, 타원판, 각종 기하학적인 판 형상이 모두 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 광변환 칩(300)을 나타내는 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 광변환 칩(400)을 나타내는 단면도이다.
예컨데, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투광 부재(12)의 외표면에 프레넬 오목 렌즈면(14) 또는 프레넬 볼록 렌즈면 등이 형성되거나, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투광 부재(11)의 외표면에 프레넬 오목 렌즈면(14) 또는 프레넬 볼록 렌즈면 등이 형성될 수 있다.
여기서, 프레넬 렌즈란, 렌즈의 두께를 줄이기 위해서 다수개의 띠로 나누어 작은 프리즘 형상을 형성하는 것으로서, 프리즘의 경사 각도나 곡률 등을 이용하여 집광 또는 분광을 하는 등 빛의 방향을 제어할 수 있는 일종의 광학계일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩(100)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩의 제조 방법은, 평평한 형상으로 형성되는 제 1 투광 부재 시트(11-S)를 준비하는 제 1 투광 부재 시트 준비 단계(S11)와, 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S)의 상면에 일정한 간격으로 광변환 물질(13)을 형성하는 광변환 물질 형성 단계(S12)와, 상기 광변환 물질(13)이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S)의 상면 및 상기 광변환 물질(13)의 상면을 둘러싸는 제 2 투광 부재(12)를 코팅하는 제 2 투광 부재 코팅 단계(S13) 및 상기 광변환 물질(13)과 이웃하는 광변환 물질(13) 사이에 형성된 절단선(CL)을 따라 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S) 및 상기 제 2 투광 부재(12)를 개별 칩 단위로 절단하는 개별 칩 절단 단계(S14)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 물질 형성 단계(S12)는, 상기 제 1 투광 부재 시트(11-S)의 상면에 상기 광변환 물질(13)을 도포하는 단계(S12-1) 및 상기 광변환 물질(13)과 이웃하는 광변환 물질(13)이 일정한 간격(S)으로 이격될 수 있도록 상기 광변환 물질을 블레이드(B)로 하프 소윙(half sawing)하는 부분 절단 단계(S12-2)를 포함할 수 있다.
따라서, 상술된 바와 같이, 별개의 부품으로 대량 생산 및 조립될 수 있는상기 광변환 칩(100)(200)(300)(400)을 이용하여 열, 습기, 산화, 이물질 등에 민감한 상기 광변환 물질(13)을 보호할 수 있고, 이로 인하여 제품의 내구성을 크게 증대시키며, 제품의 제작 시간이나 제작 비용을 줄일 수 있고, 상기 광변환 물질(13)의 두께 균일도 및 광균일도를 향상시켜서 고성능, 고품질의 제품을 생산할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(1000)를 나타내는 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(1000)는, 크게 기판(10)과, 발광 소자(20)와, 반사 부재(30) 및 광변환 칩(100)을 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)은, 제 1 전극(10-1) 및 제 2 전극(10-2)으로 이루어지는 것으로서, 상기 발광 소자(20)가 안착될 수 있도록 안착면이 형성되는 금속 재질의 리드 프레임 기판일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 기판(10)은, 상기 발광 소자(20)를 지지하거나 수용할 수 있는 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료나 전도성 재료로 제작될 수 있다.
예를 들어서, 상기 기판(10)은, 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 납, 금, 은 등의 금속 재질이 적용될 수 있으며, 천공되거나 절곡된 플레이트 형태일 수 있다.
또한, 반사율을 극대화할 수 있도록 그 표면이 반사도가 우수한 적어도 은(Ag), 은(Ag) 도금층, 은(Ag) 합금, 은(Ag) 합금층, 알루미늄(Al), 알루미늄(Al) 합금, 알루미늄(Al) 합금층, 구리(Cu), 구리(Cu) 합금, 구리(Cu) 도금층, 구리(Cu) 합금층, 백금(Pt), 백금(Pt) 합금, 백금(Pt) 합금층, 금(Au), 금(Au) 도금층, 금(Au) 합금층, 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 상기 기판(10)은 에폭시계 수지 시트를 다층 형성시킨 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)이 적용될 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은, 연성 재질의 플랙서블 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
이외에도, 상기 기판(10) 대신, 레진, 글래스 에폭시 등의 합성수지 기판이나, 열전도율을 고려하여 세라믹(ceramic) 기판이 적용될 수 있다.
또한, 상기 기판(10)은, 가공성을 향상시키기 위해서 부분적 또는 전체적으로 적어도 EMC(Epoxy Mold Compound), PI(polyimide), 세라믹, 그래핀, 유리합성섬유 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)에 실장되는 발광 구조체로서, 반도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED, 자외 발광의 LED, 적외 발광의 LED 등이 적용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 예를 들면, MOCVD법 등의 기상성장법에 의해, 성장용 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다. 이들 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 이용할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자웰 구조나 단일 양자웰 구조를 한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 디스플레이 용도나 조명 용도 등 용도에 따라 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다.
여기서, 성장용 기판으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장용 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판과 GaN계인 발광 적층체 사이의 버퍼층을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 성장용 기판은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체 층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 예컨데, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 반사 부재(30)는, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛을 반사시킬 수 있도록 상기 기판(10)에 형성되고, 상부에 수용홈부(HH)가 형성되는 몰딩 부재로서, 상기 발광 소자(20)에서 발산되는 빛을 반사할 수 있도록 금형을 이용하여 상기 기판(10)에 일체로 몰딩 성형될 수 있다.
예컨데, 상기 반사 부재(30)는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지, 브래그(Bragg) 반사층, 에어갭(air gap), 전반사층, 금속층 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반사 부재(30)는, 적어도 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR(Photoimageable Solder Resist) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 이들 수지 중에, 산화 티타늄, 이산화규소, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 티타늄산 칼륨, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 멀라이트, 크롬, 화이트 계열이나 금속 계열의 성분 등 광 반사성 물질을 함유시킬 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 광변환 칩(100)은, 상기 수용홈부(HH)에 수용되어 접착제로 고정되고, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛을 광변환할 수 있는 복합 구조체일 수 있다.
여기서, 상기 광변환 칩(100)은 도 1 내지 도 12에서 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광변환 칩(100)과 그 구성 및 역할이 동일 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 작업자 또는 이송 로봇은 상기 광변환 칩(100)을 상기 반사 부재(30)에 형성된 상기 수용홈부(HH)에 삽입하여 접착제로 고정시키는 간단한 작업만으로 리모트 타입으로 상기 광변환 칩(100)을 상기 발광 소자(20)와 이격시킬 수 있고, 이로 인하여 열, 습기, 산화, 이물질 등에 민감한 상기 광변환 칩(100)을 보호할 수 있고, 제품의 내구성을 크게 증대시키며, 제품의 제작 시간이나 제작 비용을 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(2000)를 나타내는 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(2000)는, 제 1 전극(10-1) 및 제 2 전극(10-2)으로 이루어지는 기판(10)과, 상기 기판(10)에 실장되는 발광 소자(20)와, 상기 발광 소자(20)의 상면에 설치되어 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛의 파장을 변환하는 광변환 칩(100)과, 상기 광변환 칩(100)의 상면에 형성되는 광학계(40)와, 상기 발광 소자(20)의 측면 및 상기 광변환 칩(100)의 측면을 둘러싸도록 형성되고, 외측면에는 절단면이 형성되는 반사 부재(30)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 렌즈의 두께를 줄이고, 패키지 사이즈를 최소화할 수 있도록 상기 광학계(40)는 프레넬 오목 렌즈면 또는 프레넬 볼록 렌즈면을 포함할 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 상기 광변환 칩(100)에서 상기 광변환 물질(13)이 비교적 내열성이 높은 형광체일 경우, 상기 제 1 투광 부재(11)를 생략하는 것도 가능하다.
따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 작업자 또는 이송 로봇은 상기 광변환 칩(100)을 상기 발광 소자(20)의 상면에 접착제로 고정시키는 간단한 작업만으로 견고하게 설치하여 열, 습기, 산화, 이물질 등에 민감한 상기 광변환 칩(100)을 보호할 수 있고, 제품의 내구성을 크게 증대시키며, 제품의 제작 시간이나 제작 비용을 줄일 수 있다.
도 14 내지 도 19는 도 13의 발광 소자 패키지(2000)의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 14 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 도 13의 발광 소자 패키지(2000)의 제조 과정을 설명하면, 먼저, 도 14에 도시된 바와 같이, 투광성 글라스(G)로 이루어지는 지지 부재(50)에 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되는 기판 스트립(10-S)을 준비할 수 있다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 솔더, 솔더 패이스트 등 각종 전기적 본딩 부재들을 이용하여 상기 기판 스트립(10-S)에 복수 개의 발광 소자(20)를 실장할 수 있다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 복수 개의 상기 발광 소자(20)의 상면에 광학계(40)가 설치된 광변환 칩(100)을 에폭시 등의 접착제로 접착할 수 있다.
이어서, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)의 측면 및 상기 광변환 칩(100)의 측면을 둘러싸도록 상기 광학계(40)를 보호하는 금형(M)을 이용하여 반사 부재(30)를 상기 기판 스트립(10-S)에 형성할 수 있다.
여기서, 상기 금형(M)은 실리콘 등 탄성 재질로 제작되는 금형이거나, 상기 광학계(40)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 18에 도시된 바와 같이, 절단선(CL)을 따라 상기 기판 스트립(10-S) 및 상기 반사 부재(30)를 절단할 수 있다.
이어서, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 유브이 접착제에 UV광(UV-L)을 조사하여 상기 기판 스트립(10-S) 및 상기 반사 부재(30)를 단위 패키지로 싱귤레이션할 수 있다.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 스트립(3000)은, 기판 스트립(10-S)과, 상기 기판 스트립(10-S)에 실장되는 복수 개의 발광 소자(20)와, 복수 개의 상기 발광 소자(20)의 상면에 설치되어 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛의 파장을 변환하는 광변환 칩(100)과, 상기 광변환 칩(100)에 형성되어 에 의해 광변환된 빛의 방향을 제어할 수 있는 광학계(40) 및 상기 발광 소자(20)의 측면 및 상기 광변환 칩(100)의 측면을 둘러싸도록 형성되는 반사 부재(30)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판 스트립(10-S)은 상술된 상기 기판(10)이 절단되기 이전 상태인 금속 재질의 리드 프레임 스트립일 수 있고, 상기 발광 소자(20)와, 상기 광변환 칩(100)과, 상기 반사 부재(30)는 도 1 내지 13에서 상술된 본 발명의 여러 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(1000)(2000)들의 그것들과 그 구성 및 역할이 동일 할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 스트립(3000)은, 상기 기판 스트립(10-S)과 결합되어 분리 가능 하도록, 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되는 투광성 글라스(G)를 포함하는 지지부재(50)를 더 포함할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(2000)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(2000)의 제조 방법은, 기판 스트립(10-S)을 준비하는 단계(S21)와, 상기 기판 스트립(10-S)에 복수 개의 발광 소자(20)를 실장하는 발광 소자 실장 단계(S22)와, 복수 개의 상기 발광 소자(20)의 상면에 광학계(40)가 설치된 광변환 칩(100)을 접착제로 접착하는 광변환 칩 접착 단계(S23)와, 상기 발광 소자(20)의 측면 및 상기 광변환 칩(100)의 측면을 둘러싸도록 금형(M)을 이용하여 반사 부재(30)를 상기 기판 스트립(10-S)에 형성하는 반사 부재 형성 단계(S24) 및 상기 기판 스트립(10-S) 및 상기 반사 부재(30)를 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션하는 패키지 싱귤레이션 단계(S25)를 포함할 수 있다.
또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 기판 스트립 준비 단계(S21)에서, 상기 기판 스트립(10-S)은 투광성 글라스(G)에 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되고, 상기 패키지 싱귤레이션 단계(S25)에서, 상기 유브이 접착제에 UV광(UV-L)을 조사하여 상기 기판 스트립(10-S) 및 상기 반사 부재(30)를 단위 패키지로 싱귤레이션하는 것일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
11: 제 1 투광 부재
12: 제 2 투광 부재
13: 광변환 물질
14: 프레넬 오목 렌즈면
L1: 제 1 길이
L2: 제 2 길이
11-S: 제 1 투광 부재 시트
CL: 절단선
S: 간격
B: 블레이드
10: 기판
10-1: 제 1 전극
10-2: 제 2 전극
20: 발광 소자
30: 반사 부재
H: 수용홈부
40: 광학계
10-S: 기판 스트립
G: 투광성 글라스
50: 지지부재
M: 금형
UV-L: UV광
100: 광변환 칩
1000, 2000: 발광 소자 패키지
3000: 발광 소자 패키지 스트립

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 기판 스트립;
    상기 기판 스트립에 실장되는 복수 개의 발광 소자;
    복수 개의 상기 발광 소자의 상면에 설치되어 상기 발광 소자에서 발생된 빛의 파장을 변환하는 광변환 칩;
    상기 광변환 칩에 형성되어 상기 광변환 칩에 의해 광변환된 빛의 방향을 제어할 수 있는 광학계;
    상기 발광 소자의 측면 및 상기 광변환 칩의 측면을 둘러싸도록 형성되는 반사 부재; 및
    상기 기판 스트립과 결합되어 분리가 가능하도록, 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되는 투광성 글라스를 포함하는 지지부재;
    를 포함하고,
    상기 광변환 칩은,
    평평한 형상으로 형성되고, 제 1 길이를 갖는 제 1 투광 부재;
    상기 제 1 투광 부재의 상면 중심부분에 형성되고, 상기 제 1 길이 보다 짧은 제 2 길이를 갖는 광변환 물질; 및
    상기 광변환 물질이 밀봉될 수 있도록 상기 제 1 투광 부재의 상면의 테두리 및 상기 광변환 물질의 상면을 둘러싸는 형상으로 형성되는 제 2 투광 부재;
    를 포함하는, 발광 소자 패키지 스트립.
  9. 삭제
  10. 기판 스트립을 준비하는 기판 스트립 준비 단계;
    상기 기판 스트립에 복수 개의 발광 소자를 실장하는 발광 소자 실장 단계;
    복수 개의 상기 발광 소자의 상면에 광학계가 설치된 광변환 칩을 접착제로 접착하는 광변환 칩 접착 단계;
    상기 발광 소자의 측면 및 상기 광변환 칩의 측면을 둘러싸도록 반사 부재를 상기 기판 스트립에 형성하는 반사 부재 형성 단계; 및
    상기 기판 스트립 및 상기 반사 부재를 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션하는 패키지 싱귤레이션 단계;를 포함하고,
    상기 기판 스트립 준비 단계에서, 상기 기판 스트립은 투광성 글라스에 유브이(UV) 접착제로 임시 접착되고,
    상기 패키지 싱귤레이션 단계에서, 상기 유브이 접착제에 UV광을 조사하여 상기 기판 스트립 및 상기 반사 부재를 단위 패키지로 싱귤레이션하는 것인, 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  11. 삭제
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